L’influence des pratiques culturales sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols

 L’influence des techniques de conservation du sol sur les propriétés biologique du sol

Les indicateurs biologiques de la fertilité actuellement utilisés sont ceux liés à la structure de la biomasse microbienne et à leur activité. L’intérêt de l’évaluation de la biomasse à un moment donné, plus encore, sa variation dans le temps, est lié à son rôle dans la métabolisation des composés organiques, la formation structurale et la stabilisation des sols, ainsi qu’à sa fonction de marqueur écologique (Smith et Paul, 1990 ; Davet, 1996 ; Franco et al., 2004 ). À cause de leur rôle dans le fonctionnement du sol, les populations microbiennes et leurs activités sont considérées comme des indicateurs utiles de l’amélioration et de la dégradation des sols. Etant donné que la biomasse microbienne est considérée comme une partie de la matière organique du sol qui est constituée par les cellules microbiennes vivantes, les paramètres les plus utilisés pour estimer la biomasse microbienne sont le C et N microbiens (Smith et Paul, 1990 ; Joergensen, 1995 ; Davet, 1996). Parmi les activités microbiennes, certaines réactions, comme la respiration du sol, peuvent être réalisées par la plupart de microorganismes du sol, alors que d’autres sont catalysées par un nombre restreint d’espèces microbiennes particulières (activités enzymatiques) (Nannipieri et al., 1990). Les activités enzymatiques dans les sols, comme la respiration et la biomasse microbienne, sont sensibles aux modifications environnementales, et sont de ce fait considérées comme des indicateurs des perturbations naturelles et anthropiques (Schloter et al., 2003). Les enzymes les plus souvent mises en évidence dans le sol sont celles appartenant aux groupes des oxydoréductases (déshydrogénases, nitrate-réductase, catalase, etc.) et des hydrolases (phosphatases, nucléases, lipase, amylase, cellulase, etc.). Comme pour la biomasse microbienne du sol (Groffman et al., 2001 ; Cookson et al., 2005 ; Shi et al., 2006 ; Pérez-deMora et al., 2006 ) et la respiration du sol (Borkenet al., 2002 ; Wang et al., 2003), plusieurs  auteurs démontrent que l’activité enzymatique est positivement corrélée avec la teneur en matière organique (Garcia-Gil et al., 2000). Cependant, la qualité de cette dernière est aussi importante que la quantité. En revanche, à l’échelle de l’écosystème, la respiration est augmentée du fait d’une augmentation de la production de biomasse (Ryle et al.,1992 ; Schapendonk et al., 1997 ; Casella et Soussana, 1997; Aeschlimann, 2003). 

La biomasse microbienne

Le concept de biomasse microbienne a été initialement proposé par Jenkinson (1966). Il fait référence à la fraction vivante de la matière organique, considérant l’ensemble des microorganismes du sol. Les techniques permettant de mesurer la biomasse microbienne donnent des valeurs en μgC.g-1 et les 4 principales méthodes sont : (1) la fumigationincubation, (2) la fumigation extraction, (3) la respiration induite par un substrat, (4) l’extraction ATP (Martens, 1992b). Les mesures de biomasse microbienne ont été très utilisées (Chaussod, 1996 ; Kandeler et al., 1999 ) afin d’évaluer les impacts de différentes perturbations dans les agrosystèmes (pratiques agricoles, pollutions…), sont souvent les seules à être prises en compte dans les modèles de minéralisation de la matière organique du sol pour représenter la composante microbienne (Hadas et al., 2004 ; Shibu et al., 2006). Même si elle reste un bon bio-indicateur de la qualité des sols (Marschner et al., 2003), la biomasse microbienne souffre d’un manque de résolution et nécessite d’être complétée par des méthodes plus informatives sur les processus étudiés. En effet, cette mesure, qui prend en compte l’ensemble des microorganismes présents (vivants ou non), ne fait pas de différence entre les domaines des microorganismes (archaea-champignons-bactéries) et donne seulement une mesure quantitative et non qualitative. Le travail du sol agit sur l’environnement physique et biotique des microorganismes du sol (température, aération, humidité, répartition des résidus de culture) et modifie en retour la quantité, l’activité et la répartition de la biomasse microbienne dans le profil de sol. La biomasse microbienne présente une forte stratification verticale tandis qu’elle est répartie de façon homogène sur la profondeur de la couche de sol labourée (Andrade et al., 2003 ; Meyer et al., 1996). La biomasse microbienne est significativement supérieure dans les premiers centimètres du sol (0-10 cm) dans les systèmes de conservation par rapport aux systèmes labourés ( ; Meyer et al., 1996 ; Kandeler et al., 1998 ; McCarty et al., 1998 ; Andrade et al., 2003 ; Wright et al., 2005) et devient inférieure (Ahl et al., 1999 ; Meyer et al., 1996) ou égale (McCarty et al., 1998) dans les horizons sous-jacents. En revanche, sur l’ensemble de la couche de sol arable (0-30 cm) l’augmentation de la biomasse microbienne dans les premiers Chapitre I Synthèse bibliographique 24 centimètres du sol ne compense pas sa diminution en profondeur. Ainsi, la différence de biomasse microbienne devient faible voire nulle sur 0-30 cm entre les systèmes de conservation et les systèmes labourés (Ahl et al., 1999 ; Aon et al., 2001 ; Meyer et al., 1996). Les techniques de travail du sol de conservation entrainent donc une stratification verticale de la biomasse microbienne au sein du profil de sol. Mais les résultats des différentes études restent contradictoires quand on compare la quantité de biomasse microbienne totale sur 0-30 cm entre un labour et une technique de conservation. De plus, peu d’études prennent en compte simultanément l’effet des modifications de la structure du sol sur la biomasse microbienne.

Respiration spécifique apparente

La respiration est une réaction d’oxydo-réduction qui intervient au niveau cellulaire. Une réaction d’oxydo-réduction est une réaction chimique au cours de laquelle se produit un échange d’électron. D’après Prosser (1997), la respiration est la plus commune et ancienne mesure indirecte de l’activité microbienne globale dans les sols. En effet, les cellules microbiennes actives et vivantes du sol ont constamment besoin d’une source d’énergie, qui pour la microflore hétérotrophe provient de la transformation des matériaux organiques. La respiration spécifique apparente (RS) représente le flux de C-CO2 par unité de biomasse et par jour durant l’incubation de 28 jours à 28°C. C’est donc un flux de carbone respiré rapporté à la taille de la biomasse microbienne. On peut en déduire le temps de renouvellement apparent de la biomasse microbienne (1/RS). La RS varie selon la composition et l’état physiologique de la communauté microbienne, mais aussi selon la disponibilité du substrat et de différents facteurs abiotiques (Melero et al., 2006). Cet indicateur est une approche indirecte de l’efficience d’utilisation des substrats organiques par la biomasse microbienne du sol (Wardle et Ghani, 1995). En revanche, les capacités métaboliques et cataboliques apportent aussi une mesure fonctionnelle des communautés microbiennes du sol. Elles sont appréhendées par des techniques utilisant les aptitudes des communautés microbiennes à utiliser certains substrats organiques comme la méthode SIR (substrate-induced respiration). Cette méthode permet de caractériser et classer les communautés microbiennes hétérotrophiques suivant leurs capacités métaboliques et cataboliques et de visualiser rapidement des structures de communautés comme un composite de capacités fonctionnelles (Garland et al., 1991 ; Degens et al., 1997). La méthode SIR s’affranchit de ce problème et semble plus précise même si moins utilisée (Degens et al., 1997 ; Nannipieri et al., 2003).

La matière organique du sol

La MOS est composée d’un mélange de divers composés allant des résidus de culture frais à des composés humiques relativement inertes dont le turn-over se mesure en millénaire et sa mesure ne fournit pas toujours une indication précoce d’un changement dans le statut organique du sol. Les pools labiles de la MOS (matières organiques particulaires, C soluble…) ont quant à eux un turn-over plus rapide et sont plus sensibles que la teneur totale en MOS aux changements de pratiques culturales ou de conditions environnementales. Ainsi, ces pools peuvent être utilisés comme des indicateurs précoces des modifications de la MOS totale qui se manifestent à plus long terme. Les matières organiques particulaires (MOP) représentent un pool transitoire entre les résidus de culture frais et les MOS humifiées. Enrichi en C et en nutriments, elles représentent un attribut important de la qualité du sol puisque leur turn-over court en fait une source de C et d’énergie pour les microorganismes du sol hétérotrophes (Haynes, 2005). Le travail du sol en modifiant la répartition et parfois la quantité de résidus de cultures retournées au sol, affecte également la qualité des MOS. Ainsi, les systèmes de conservation ont une plus grande part de MOS (Franzluebbers et Arshad, 1997) que les sols labourés en raison notamment de la protection physique des MOS qui protège la MOS de l’activité microbienne dans les systèmes de conservation (Balesdent et al., 2000 ; Six et al., 2000). Dans les zones semi-arides où la décomposition de la MOS est influencée par les conditions de sécheresse (Campbell et al., 1996), l’adoption du non labour réduit l’évaporation et par conséquent les pertes en eau, améliore les rendements et favorise l’accumulation de la MOS par l’incorporation des résidus de récolte (Campbell et Janzen, 1995).